Consideracions per a la selecció de materials en la fabricació de components mecànics de precisió
Consideracions basades en el rendiment del servei
Força i duresa: la selecció es basa en l'entorn de servei del component i els requisits de càrrega-. Per exemple, els cigonyals del motor, que suporten càrregues alternes significatives, solen estar fets d'acers d'aliatge d'alta -resistència com el 40Cr per evitar la deformació i la fractura en condicions complexes de-tensió a llarg termini. En canvi, les eines de tall per mecanitzar materials d'alta -duresa es fabriquen normalment amb carburs cimentats, que ofereixen una duresa i una resistència al desgast extremadament elevades, garantint un tall afilat.
Resistència al desgast: Per als components que operen en entorns de fricció, com ara engranatges i coixinets, els materials amb bona resistència al desgast són essencials. Per exemple, els engranatges de les transmissions d'automòbils solen estar fets d'acers de cementació com el 20CrMnTi. Després de cementar i apagar, aquests engranatges aconsegueixen una gran duresa superficial i resistència al desgast, reduint el desgast durant la transmissió i allargant la vida útil.
Resistència a la corrosió: els components exposats a entorns humits, àcids o alcalins, com ara vàlvules i canonades d'equips químics, requereixen materials resistents a la corrosió-. Per exemple, l'acer inoxidable 316L, amb la seva excel·lent resistència a la corrosió i resistència a la corrosió intergranular, pot mantenir un rendiment estable en entorns químics durs.
Estabilitat tèrmica: els components que funcionen en entorns d'alta-temperatura, com ara les pales de les turbines dels motors-aeronàutics, necessiten materials amb bona estabilitat tèrmica. Els superaliatges basats en níquel-, coneguts per la seva resistència a alta-temperatura, resistència a l'oxidació i resistència a la corrosió en calent, s'utilitzen habitualment per a les pales de les turbines. Aquests materials mantenen la seva forma i rendiment a altes temperatures, assegurant el funcionament normal del motor.
Consideracions basades en la maquinabilitat
Rendiment de tall: Per millorar l'eficiència i la qualitat del mecanitzat, els materials han de tenir bones propietats de tall. Per exemple, els acers de tall lliure-(com ara Y12 i Y15) es milloren afegint elements com el sofre i el plom, que redueixen el desgast de les eines, les forces de tall i milloren el trencament d'encenalls durant el mecanitzat, augmentant així l'eficiència i la qualitat de la superfície.
Rendiment de forja: Per als components que requereixen forja, la forjabilitat del material és crucial. Per exemple, l'aliatge d'alumini 6061 té una bona forjabilitat i es pot deformar fàcilment en estat calent per formar components de forma-complexa amb propietats mecàniques millorades després de la forja.
Rendiment de soldadura: Quan els components s'han de muntar mitjançant soldadura, s'han de seleccionar materials amb bona soldabilitat. Per exemple, l'acer Q235 té excel·lents propietats de soldadura i és menys propens a defectes com esquerdes i porositat durant la soldadura, assegurant la resistència i la segellabilitat de les juntes soldades. S'utilitza àmpliament en diversos components estructurals soldats.
Rendiment del tractament tèrmic: Molts components mecànics de precisió requereixen tractament tèrmic per aconseguir les propietats desitjades. Per exemple, l'acer 45 pot aconseguir una bona combinació de resistència i tenacitat mitjançant l'extinció i el tremp. Tanmateix, és necessari un control estricte dels paràmetres del tractament tèrmic per evitar la deformació i l'esquerdament.
Consideracions basades en el cost
Cost del material: Dins de les limitacions de complir els requisits de servei i mecanitzat, el cost del material és un factor important. Per a components mecànics generals amb exigències de rendiment més baixes, com ara suports i carcasses mecàniques, es poden utilitzar acers al carboni de menor cost-com el Q235. En canvi, per als components crítics en aplicacions d'alt rendiment-, com ara peces aeroespacials, calen materials especials d'alt rendiment-malgrat el seu alt cost.
Cost de mecanitzat: Els diferents materials tenen dificultats i costos de mecanitzat diferents. Els materials d'alt rendiment-com els aliatges de titani, tot i que tenen un rendiment superior, són difícils i cars de mecanitzar. A l'hora de seleccionar els materials, s'han d'avaluar de manera exhaustiva tant els costos de materials com de mecanitzat. Per a grans volums de producció, els materials rendibles-amb processos de mecanitzat optimitzats poden reduir els costos globals.
Cost del cicle de vida{0}: l'elecció de materials amb un bon rendiment i una llarga vida útil pot tenir un cost inicial més elevat, però pot reduir la freqüència de substitució i els costos de manteniment al llarg del temps, reduint el cost del cicle de vida-general. Per exemple, l'ús de materials de coixinets d'alta-qualitat en equips a gran-escala pot tenir un cost de compra més elevat, però pot allargar significativament els intervals de manteniment i millorar l'eficiència operativa, el que resulta en costos globals més baixos.
Altres consideracions
Disponibilitat de material: Prioritzeu els materials que estiguin fàcilment disponibles al mercat per garantir una producció contínua. Els materials especials, com alguns aliatges de metalls rars, poden tenir canals de subministrament limitats i cicles de compra llargs, afectant els horaris de producció. Quan seleccioneu els materials, tingueu en compte la seva disponibilitat i trieu alternatives que siguin més fàcilment accessibles i estables en el subministrament.
Requisits ambientals: Amb l'augment de la consciència ambiental, el rendiment ambiental dels materials és cada cop més important. Quan escolliu els materials, tingueu en compte el seu impacte en el medi ambient durant la producció, l'ús i l'eliminació. Per exemple, eviteu els materials que continguin substàncies nocives com el plom, el mercuri i el cadmi, i trieu materials reciclables per minimitzar la contaminació ambiental.
Normalització i Generalització de Materials: Per facilitar el disseny, la fabricació i el manteniment dels components, s'han de preferir els materials amb una alta estandardització i generalització. Això redueix la varietat i les especificacions dels materials, redueix els costos d'inventari i millora l'eficiència de la producció. Els materials estandarditzats també tenen tècniques de processament més madures i estàndards de qualitat, que ajuden a garantir la qualitat del producte.
